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1、工业互联网体系架构编写说明当前，以新一代信息技术为驱动的数字浪潮正深刻重塑经济 社会的各个领域，移动互联、物联网、云计算、大数据、人工智 能等技术与各个产业深度融合，推动着生产方式、产品形态、商 业模式、产业组织和国际格局的深刻变革，并加快了第四次工业 革命的孕育与发展。而越来越清晰的是，工业互联网是实现这一 数字化转型的关键路径，构筑了第四次工业革命的发展基石。2016年，工业互联网产业联盟（AII）发布了工业互联网 体系架构（版本1.0），推动产业各界认识层面统一，为开展工 业互联网实践提供了参考依据。通过几年来的理论和实践探索，工 业互联网已从概念形成普及进入到应用实践推广的新阶段，业界
2、对 工业互联网的发展方向已有高度的共识。在这一过程中，国内外均 形成了大量的探索实践，工业互联网几乎涵盖了工业的各个行业、 大中小各类企业乃至实体经济的各个领域，新一代信息技术与制造、 能源、交通、医疗、服务等技术的融合集成初步显现了其巨大的生 命力和创造力，为进一步创造新的生产力和发展动能奠定了基础。也因如此，丰富和多样化的企业实践和各类新技术的应用也 对工业互联网的体系架构提出了新的需求：如何定义一个更加通 用化的架构体系以指引各个领域的系统性布局，如何打通数字化 转型、业务体系、商业变革和工业互联网技术架构的关系以更好 指导企业的发展实践，如何充分考虑技术发展演进和落地实施部署 需求以更
3、好定义工业互联网的层次架构、功能划分和接口关系，从 而为产业界提供科学、清晰和可操作的指南。基于此，工业互联网 产业联盟在工业和信息化部的指导下，凝聚产业界共识，研究制定 了工业互联网体系架构（版本2.0），在继承版本1.0核 心理念、 要素和功能体系的基础上，从业务、功能、实施等三个视图重新定 义了工业互联网的参考体系架构，并逐一进行了展开，希望作为当 前阶段的一个认识，为政府、企业、科研机构、投资者等利益相关 方提供引导和参考，共同推动工业互联网的创新发展。本报告主要分为八个部分。第一部分介绍了工业互联网的内 涵与意义。第二部分回顾了体系架构1.0版本，并介绍2.0版本 的定位与作用。第三
4、部分明确工业互联网体系架构2.0的设计方 法论，剖析工业互联网体系架构2.0的整体视图。第四部分深入 分析工业互联网体系架构2.0的业务视图，并给出产业、企业、 工厂等不同层面业务目标与应用方向。第五部分剖析工业互联网体 系架构2.0的功能架构，探究网络、平台、安全三大体系的功能视 图、现状分析、存在的问题，并指出未来的发展趋势。第六部分着 重分析工业互联网体系架构2.0的实施框架，描述网络、标识、 平台、安全部分实施部署方式和关键要素。第七部分对工业互联网 技术体系进行梳理。第八部分分析企业结合体系架构 2.0在垂直行业的应用实践。一、工业互联网的内涵与意义1二、工业互联网体系架构2.0：定
5、位与作用3（一）工业互联网体系架构1.0的进展与成效4（二）从1.0到2.0：工业互联网体系架构的演进5三、工业互联网体系架构2.0：总体框架8（一）体系架构设计方法论8（二）工业互联网体系架构2.09四、业务视图12（一）工业互联网的总体业务视图12（二）业务视图-产业层13（三）业务视图-商业层14（四）业务视图-应用层16（五）业务视图-能力层18五、功能架构21（一）工业互联网核心功能原理21（二）工业互联网网络功能视图251. 功能视图252. 现状与问题293. 发展趋势32（三）工业互联网平台功能视图351. 功能视图352. 现状与问题373. 发展趋势39（四）工业互联网安全
6、功能视图411. 功能视图412. 现状与问题443. 发展趋势45六、实施框架48（一）实施框架总图48（二）网络实施框架491. 生产控制网络建设502. 企业与园区网络建设513. 国家骨干网络部署524. 信息互通互操作体系部署53（三）标识实施框架541、设备层系统部署552、边缘层系统部署563、企业层系统部署574、产业层系统建设58（四）平台实施框架591. 设备层系统部署602. 边缘层系统部署603. 企业层系统实施624. 产业层系统实施63（五）安全实施框架651. 边缘安全防护系统实施652. 企业安全防护系统实施693. 企业安全综合管理平台实施724. 省/行业级
7、安全平台实施735. 国家级安全平台实施74七、技术体系75（一）工业互联网技术体系总图75（二）重点技术发展概述781.5G 技术782. 工业人工智能技术793. 边缘计算技术804. 区块链技术815. 数字孪生技术82八、体系架构2.0在垂直行业的应用实践83（一）垂直行业体系架构2.0应用方法83（二）船舶行业：产业链协同优化应用场景841. 背景与目标842. 功能架构873. 实施部署90（三）石化行业：智能工厂建设941. 背景与目标942. 功能架构973. 实施部署100一、工业互联网的内涵与意义当前全球经济社会发展正面临全新挑战与机遇，一方面， 上一轮科技革命的传统动能规
8、律性减弱趋势明显，导致经济 增长的内生动力不足。另一方面，以互联网、大数据、人工 智能为代表的新一代信息技术发展日新月异，加速向实体经济 领域渗透融合，深刻改变各行业的发展理念、生产工具与生 产方式，带来生产力的又一次飞跃。在新一代信息技术与制 造技术深度融合的背景下，在工业数字化、网络化、智能化 转型需求的带动下，以泛在互联、全面感知、智能优化、安全 稳固为特征的工业互联网应运而生。工业互联网作为全新工 业生态、关键基础设施和新型应用模式，通过人、机、物的全 面互联，实现全要素、全产业链、全价值链的全面连接，正在 全球范围内不断颠覆传统制造模式、生产组织方式和产业形态, 推动传统产业加快转型
9、升级、新兴产业加速发展壮大。工业互联网是实体经济数字化转型的关键支撑。工业互 联网通过与工业、能源、交通、农业等实体经济各领域的融 合，为实体经济提供了网络连接和计算处理平台等新型通用 基础设施支撑；促进了各类资源要素优化和产业链协同，帮 助各实体行业创新研发模式、优化生产流程；正推动传动工 业制造体系和服务体系再造，带动共享经济、平台经济、大 数据分析等以更快速度、在更大范围、更深层次拓展，加速 实体经济数字化转型进程。工业互联网是实现第四次工业革命的重要基石。工业互 联网为第四次工业革命提供了具体实现方式和推进抓手，通 过人、机、物的全面互联，全要素、全产业链、全价值链的 全面连接，对各类
10、数据进行采集、传输、分析并形成智能反 馈，正在推动形成全新的生产制造和服务体系，优化资源要 素配置效率，充分发挥制造装备、工艺和材料的潜能，提高 企业生产效率，创造差异化的产品并提供增值服务，加速推 进第四次工业革命。工业互联网对我国经济发展有着重要意义。一是化解综 合成本上升、产业向外转移风险。通过部署工业互联网，能 够帮助企业减少用工量，促进制造资源配置和使用效率提升， 降低企业生产运营成本，增强企业的竞争力。二是推动产业 高端化发展。加快工业互联网应用推广，有助于推动工业生 产制造服务体系的智能化升级、产业链延伸和价值链拓展， 进而带动产业向高端迈进。三是推进创新创业。工业互联网 的蓬勃
11、发展，催生出网络化协同、规模化定制、服务化延伸 等新模式新业态，推动先进制造业和现代服务业深度融合， 促进一二三产业、大中小企业开放融通发展，在提升我国制造 企业全球产业生态能力的同时，打造新的增长点。二、工业互联网体系架构2.0 :定位与作用面向第四次工业革命与新一轮数字化浪潮，全球领先国 家无不将制造业数字化作为强化本国未来产业竞争力的战略 方向。主要国家在推进制造业数字化的过程中，不约而同把参 考架构设计作为重要抓手，如德国推出工业4.0参考架构 RAMI4.0、美国推出工业互联网参考架构IIRA、日本推出工业 价值链参考架构IVRA，其核心目的是以参考架构来凝聚产业 共识与各方力量，指
12、导技术创新和产品解决方案研发，引导制 造企业开展应用探索与实践，并组织标准体系建设与标准制 定，从而推动一个创新型领域从概念走向落地。我国为推进工业互联网发展，由中国工业互联网产业联 盟于2016年8月发布了工业互联网体系架构（版本1.0）（以下简称“体系架构1.0”）。体系架构1.0提出工业互联网 网络、数据、安全三大体系，其中“网络”是工业数据传输交 换和工业互联网发展的支撑基础，“数据”是工业智能化的核心 驱动，“安全”是网络与数据在工业中应用的重要保障。基于三 大体系，工业互联网重点构建三大优化闭环，即面向机器设备 运行优化的闭环，面向生产运营决策优化的闭环，以及面 向企业协同、用户交
13、互与产品服务优化的全产业链、全价值 链的闭环，并进一步形成智能化生产、网络化协同、个性化 定制、服务化延伸等四大应用模式。用户（消费者/企业用户）I塔-用支椁源觥析安全应用安全数据味网哄个性碇制-FSP眼魏画T芷业f品图1工业互联网体系架构1.0（一）工业互联网体系架构1.0的进展与成效工业互联网体系架构1.0自发布以来，在凝聚我国政产 学研用各界共识，指导技术研究、产品开发、实践应用、产业 发展、生态打造、国际合作等诸多领域发挥了重要作用。一 是推动工业互联网相关基础研究。基于体系架构1.0，工业互 联网产业联盟组织编写了 56份研究报告，涵盖网络、数据、 平台、安全、应用等各领域，基本形成
14、了对工业互联网的体 系化认识。二是促进工业互联网技术创新与产品开发。工业 互联网产业联盟组织设立了 55个测试床，重点开展了5G、大数据、人工智能、区块链、边缘计算等技术在制造场 景的测试验证，并结合体系架构1.0提出的网络、数据、安 全等方向，输出了数百项产品和解决方案。三是指导工业互 联网标准体系建设。体系架构1.0为工业互联网标准化工作 提供理论框架与方向指引，推动工业互联网综合标准化体 系建设指南的出台，助力工业互联网产业联盟陆续建立起 工业互联网标准体系1.0和2.0版本，并已成功立项平台通 用要求、安全总体要求8项联盟标准，形成对新兴领域关键技 术、核心架构、测试评估、成果转化等方
15、面的规范和指引。四是 引导工业互联网应用探索与实践。工业互联网产业联盟 遴选 出163个优秀示范案例，在钢铁、石化、汽车、家电、信息 电子、高端装备等十余个行业和典型制造场景开展了网络、平 台、安全等方面的应用试点，以标杆试点强化应用推广，推进 体系化应用探索与落地。五是推进国际对接与开放合作。工 业互联网产业联盟与美国IIC基于顶层架构的共性开展了 IIRA与体系架构1.0的对接和映射，也在积极与德国对接开展 体系架构互认并联合发布实践报告等成果，组建工业互联网专 家工作组等多个执行对接组，为工业互联网技术、产业、标准 等层面的国际合作与共识达成奠定基础。（二）从1.0到2.0：工业互联网体
16、系架构的演进体系架构1.0发布三年多以来，工业互联网的概念与内 涵已获得各界广泛认同，其发展也正由理念与技术验证走向 规模化应用推广。这一背景下，有必要对体系架构1.0进行 升级，特别是强化其在技术解决方案开发与行业应用推广的 实操指导性，以更好支撑我国工业互联网下一阶段的发展。具体来说，一是提供一套可供企业开展实践的方法论。 重点是构建一套由“业务需求一功能定义一实施部署”构成 的方法论，使企业能够结合自身业务特点，明确所需要的工 业互联网核心功能，并进而指导相应软硬件系统的设计、开 发与部署。二是从战略层面为企业开展工业互联网实践指明 方向。重点是明确企业通过工业互联网实现数字化转型的核
17、心方向与路径，结合企业基础确立商业战略与细分目标，充 分发挥工业互联网实践价值，构建企业转型升级优势。三是 结合规模化应用需求对功能架构进行升级和完善。重点是从 企业工程化应用视角，参考领先企业实践经验与最新技术发 展，对工业互联网功能原理进行明确与完善，形成一套实操性 更强的网络、平台、安全功能体系。四是提出更易于企业应 用部署的实施框架。重点是强化与现有制造系统的结合， 明确各层级的工业互联网部署策略以及所对应的具体功能、 系统和部署方式，以便对企业实践提供更强参考作用。基于 上述四方面考虑，工业互联网产业联盟组织研究提出了工业互 联网体系架构2.0，旨在构建一套更全面、更系统、更具体的总
18、 体指导性框架。在发展和演进的同时，工业互联网体系架构2.0也充分继承了体系架构1.0的核心思想。一是体系架构2.0仍突出 数据作为核心要素。业务视图的数字化转型方向、路径与能 力实质由数据所驱动，功能架构的网络、平台、安全服务于 数据的采集、传输、集成、管理与分析，实施框架则核心回 答了如何通过部署工业互联网，提升现有制造系统的数据利 用能力。二是体系架构2.0仍强调数据智能化闭环的核心驱 动及其在生产管理优化与组织模式变革方面的变革作用。基 于体系架构1.0提出的三大智能化闭环，体系架构2.0将其 归纳为共性的数据优化闭环，体现其在工业互联网系统中无 处不在的特征。这一数据优化闭环既可以作
19、用于企业现有生 产和管理，使之更加精准智能，也可以作用于资源配置优化 与生产方式重构，引发商业模式创新。三是体系架构2.0继 承了三大功能体系。考虑到体系架构1.0中网络、数据、安 全在数据功能上存在一定重叠，如网络体系包含数据传输与 互通功能，安全体系中包含数据安全功能，因此在体系架构 2.0中以平台替代数据，重点体现1.0中数据的集成、管理与 建模分析功能，形成网络、平台、安全三大体系，但功能内 涵与1.0基本一致。三、工业互联网体系架构2.0 :总体框架（一）体系架构设计方法论工业互联网是借助新一代信息通信技术实现工业数字化 转型的复杂系统工程，融合了工业、通信、计算机软件、数 据科学等
20、诸多领域的最新技术与产业实践，因此在体系架构 2.0的研究设计中，一方面充分参考了主流的架构设计方法论， 包括以ISO/IEC/IEEE 42010为代表的系统与软件工程架构方 法论，和以开放组体系结构框架（TOGAF）、美国国防部体 系架构框架（DODAF）为代表的企业架构方法论，以提升架 构设计的科学性和体系性；另一方面借鉴现有相关参考架构 的设计理念与关键要素，包括以工业互联网参考架构（IIRA）为代表的软件架构，以工业4.0架构（RAMI 4.0） 和工业价值链参考架构（IVRA）为代表的工业架构，和以物 联网参考架构（ISO/IEC 30141）为代表的通信架构。在架构设计方法论层面
21、，体系架构2.0以ISO/IEC/IEEE 42010系统与软件工程标准为主要方法，重点参考该方法在 架构设计中，对视图、需求、系统、环境、模型等各类架构 要素及相互关系的阐述，以此明确体系架构2.0研究设计的 基本框架、描述方式与关键要素。考虑到体系架构2.0将对 企业应用实践发挥重要指导作用，因此在设计中也参考了 TOGAF、DODAF等企业架构设计方法，在业务视图中突出 了企业商业愿景与业务需求，并借鉴从通用架构到行业架构、 企业架构过程中的应用推广方法。在架构设计内容和要素方面，体系架构2.0充分参考了 工业、软件和通信等领域具有代表性的架构。考虑到体系架 构2.0将重点服务于工业领域
22、，因此在架构设计中参考了 RAMI 4.0等典型架构对于工业体系的理解，包括基于ISA- 95 的由现场设备到经营管理系统的层级划分，以及IEC 62890标准体现的从虚拟原型到实物制造的产品/资产全生命 周期理念。此外，考虑到数据在工业互联网中的核心驱动要 素作用，体系架构2.0也参考了 IIRA以数据为牵引，定义控 制、运营、信息、应用等功能域，描述信息流和决策流的功 能架构设计理念，以及ISO/IEC 30141等通信典型架构对于 不同设备、系统之间互联互通的设计理念。（二）工业互联网体系架构2.0工业互联网体系架构2.0包括业务视图、功能架构、实 施框架三大板块，形成以商业目标和业务需
23、求为牵引，进而 明确系统功能定义与实施部署方式的设计思路，自上向下层 层细化和深入。工业互联网体系架构2.0技术体系图2工业互联网体系架构2.0业务视图明确了企业应用工业互联网实现数字化转型 的目标、方向、业务场景及相应的数字化能力。业务视图首 先提出了工业互联网驱动的产业数字化转型的总体目标和 方向，以及这一趋势下企业应用工业互联网构建数字化竞争 力的愿景、路径和举措。这在企业内部将会进一步细化为若 干具体业务的数字化转型策略，以及企业实现数字化转型所 需的一系列关键能力。业务视图主要用于指导企业在商业层 面明确工业互联网的定位和作用，提出的业务需求和数字化 能力需求对于后续功能架构设计是重
24、要指引。功能架构明确企业支撑业务实现所需的核心功能、基本 原理和关键要素。功能架构首先提出了以数据驱动的工业互 联网功能原理总体视图，形成物理实体与数字空间的全面联 接、精准映射与协同优化，并明确这一机理作用于从设备到 产业等各层级，覆盖制造、医疗等多行业领域的智能分析与 决策优化。进而细化分解为网络、平台、安全三大体系的子 功能视图，描述构建三大体系所需的功能要素与关系。功能 架构主要用于指导企业构建工业互联网的支撑能力与核心 功能，并为后续工业互联网实施框架的制定提供参考。实施框架描述各项功能在企业落地实施的层级结构、软 硬件系统和部署方式。实施框架结合当前制造系统与未来发 展趋势，提出了
25、由设备层、边缘层、企业层、产业层四层组 成的实施框架层级划分，明确了各层级的网络、标识、平台、 安全的系统架构、部署方式以及不同系统之间关系。实施框 架主要为企业提供工业互联网具体落地的统筹规划与建设 方案，进一步可用于指导企业技术选型与系统搭建。四、业务视图（一）工业互联网的总体业务视图业务视图包括产业层、商业层、应用层、能力层四个层 次，其中产业层主要定位于产业整体数字化转型的宏观视角， 商业层、应用层和能力层则定位于企业数字化转型的微观视角。 四个层次自上而下来看，实质是产业数字化转型大趋势下， 企业如何把握发展机遇，实现自身业务的数字化发展并构建起 关键数字化能力；自下而上来看，实际也
26、反映了企业 不断构 建和强化的数字化能力将持续驱动其业务乃至整个企业的转 型发展，并最终带来整个产业的数字化转型。工业互联网业务 视图如图3所示。xfxae全产业链s曜图3工业互联网业务视图（二）业务视图-产业层“产业层”主要阐释了工业互联网在促进产业发展方面 的主要目标、实现路径与支撑基础。从发展目标看，工业互联网通过将自身的创新活力深刻 融入各行业、各领域，最终将有力推进工业数字化转型与经 济高质量发展。为实现这一目标，构建全要素、全产业链、全价值链全 面连接的新基础是关键，这也是工业数字化、网络化、智能 化发展的核心。全面连接显著提升了数据采集、集成管理与 建模分析的水平，使各类生产经营
27、决策更加精准和智能，同 时也使各类商业和生产活动的网络化组织成为可能，大幅提 高资源配置效率。基于这一新基础，一是一批以数据为核心，提供数据采 集、网络传输、数据管理、建模分析、应用开发与安全保障 等相关产品和解决方案的企业快速成长兴起，形成一个工业 数字技术的“新产业”，并成为各行业数字化转型的关键支 撑；二是各行业纷纷探索运用工业互联网提升现有业务，形 成智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等一 系列数字化转型的“新模式”，这之中既有数据智能对现有业 务的优化提升，也有基于网络化组织带来的模式创新与重构; 三是伴随产业数字化转型的深入，将在诸如网络众包众创、 制造能力交易、产融结
28、合等领域涌现一批服务企业，形成数字化创新的“新业态”。新产业、新模式、新业态共同构成了产业高质量发展的 新动能，同时也是工业互联网价值创造的关键路径。工业互 联网业务视图产业层架构如图4所示。新发展新动能新基础工业数字化转型，经济高质量发展全要素全产业链全价值链新产业新模式新业态故字化、网络化、智能化图4工业互联网业务视图产业层架构（三）业务视图-商业层“商业层”主要明确了企业应用工业互联网构建数字化 转型竞争力的愿景理念、战略方向和具体目标。商业层主要 面向CEO等企业高层决策者，用以明确在企业战略层面，如 何通过工业互联网保持和强化企业的长期竞争优势。从目标愿景来看，在数字化发展趋势下，企
29、业应加快依 托工业互联网来构建数字化转型的竞争优势，形成以数据为 核心驱动的新型生产运营方式、资源组织方式与商业模式， 以支撑企业不断成长壮大。为实现上述目标愿景，企业可通过工业互联网，从提升 价值、创新模式和降低成本三大战略方向进行努力。例如， 在提升价值方面，工业互联网可以帮助企业更好对接客户， 通过产品创新实现更高附加价值；在创新模式方面，工业互 联网可以推动企业由卖产品走向卖服务，创造新的业务模式 和收入来源，甚至进一步实现生产、服务与信贷、保险、物 流等其他领域的创新融合，进一步释放数据价值红利；在降 低成本方面，工业互联网通过数据驱动的智能，可以帮助企 业在提高生产效率、减少停机与
30、不良品、减少库存等一系列 关键环节和场景发挥作用。上述三大战略方向可进一步分解和细化为若干战术目 标，如商业模式、市场需求、产品质量、生产效率、运营管 理、资源调配和交付速度等，这是工业互联网赋能于企业的 具体途径。工业互联网实现企业各层级要素全面互联，对各 类数据进行采集、传输、分析并形成智能反馈，助力企业生 产效率、产品质量和运营管理提升，加快市场需求响应与交 付速度，优化资源要素配置，强化商业模式创新，实现各类 生产经营活动目标的提升优化。工业互联网业务视图商业层 架构如图5所示。愿景I嵌略方向I战术目标构建数字化转型中的竞争优势商业市场产品生产运营资源交付模式需求质量效率管理调配速度图
31、5工业互联网业务视图商业层架构（四）业务视图-应用层“应用层”主要明确了工业互联网赋能于企业业务转型 的重点领域和具体场景。应用层主要面向企业CIO、CTO、 CDO等信息化主管与核心业务管理人员，帮助其在企业各项 生产经营业务中确定工业互联网的作用与应用模式。产品链、价值链、资产链是工业企业最为关注的三个核 心业务链条（包括这三者所交汇的生产环节），工业互联网 发展于一是工业互联商通过对革品蟒命业业的层面与贯通， 强化产品设计、流程规划到生产工程的数据集成与智能分析， 实现产品链的整体优化与深度协同。如通过工业互联网网络 互联实现项目人员异地远程在线协同，以及模型、机理等各类 数据远程共享，
32、企业可以低成本高效率地完成产品、工艺的 协同研发和优化。二是工业互联网面向企业业务活动，一方 面支撑计划、供应、生产、销售、服务等全流程全业务的互 联互通，另一方面面向单环节重点场景开展深度数据分析 优化，从而实现全价值链的效率提升与重点业务的价值挖掘， 例如，企业可通过工业互联网实现生产过程数据实时采集与 连通，叠加机器学习、边缘计算、工业大数据分析等技术， 实现产品质量提升、能耗降低，提升生产制造环节价值。三 是工业互联网将孤立的设备资产单元转化为整合互联的资 产体系，支撑系统设计、建造、投产、运维、退役到报废与 回收等设备全生命周期多个环节数据集成串联，这为设备管 理 难度大的企业，尤其
33、是为重资产企业，提供轻便化、灵活化、 智能化的设备管理方式和产品后服务，实现资产链的全面运 维保障与高质量服务。例如，企业可以通过工业互联网 构建 面向边缘设备的全面互联和感知能力，优化设备维护周期，预 测关键设备的故障，并进行远程的在线维护，从而提高资产资 源的可靠性和资产管理的经济效益。工业互联网业务视图应用 层架构如图6所示。价值链产品订单产品流程生产 设计规划工程 产品链l生产计划g材料与供应资产链制造系统设计交付与分销建造/ 运维溯 报废与回收图6工业互联网业务视图应用层架构（五）业务视图-能力层“能力层”描述了企业通过工业互联网实现业务发展目 标所需构建的核心数字化能力。能力层主要
34、面向工程师等具 体技术人员，帮助其定义企业所需的关键能力并开展实践。按照上述工业互联网发展愿景、推进方向与业务需求， 企业在数字化转型过程中需构建泛在感知、智能决策、敏捷 响应、全局协同、动态优化五类工业互联网核心能力，以支 撑企业在不同场景下的具体应用实践。具体来说：一是通过广泛部署感知终端与数据采集设施，实现全要 素、全产业链、全价值链状态信息的全面深度实时监测，打 造企业泛在感知能力；二是基于泛在感知形成的海量工业数 据，通过工业模型与数据科学的融合开展分析优化，并作用 于设备、产线、企业等各领域，形成企业智能决策能力；三 是基于实现信息数据的充分与高效集成，打通企业内、企业 间以及企业
35、与客户，提升企业对市场变化和需求的响应速度 和交付速度，形成企业敏捷响应的能力；四是基于泛在感知、 全面连接与深度集成，在企业内实现研发、生产、管理等不同 业务的协同，探索企业运行效率最优，在企业外实现各类生产 资源和社会资源的协同，探索产业配置效率最优，最终建立 全局协同的能力；五是通过对物理系统的精准描述与虚实联 动，建立数字挛生，在监控物理系统同时，能够在线实时对 物理系统的运行进行分析优化，使企业始终在最优状态运行，形成动态优化的能力。工业互联网业务视图能力层架 构如图7所示。图7工业互联网业务视图能力层架构通过以上整体论述可以看出，传统的自动化和信息化是 工业互联网的基础，同时工业互
36、联网又是对传统自动化和信 息化的升级拓展与变革创新。自动化和信息化本质是把生产 操作和管理流程通过软硬件系统的方式予以固化，从而建立 了垂直制造体系，实现业务流程抽象和基础数据积累，保证 企业在结构化的框架下准确高效运行，这些奠定了工业互联 网作用的基础环境。同时，工业互联网从两个层面对传统自动化和信息化进 行拓展创新：一是工业互联网将管理知识、工艺机理等各种 隐性的经验显性化，形成数据驱动的智能。无论是设备资产、 生产过程、管理运营还是商业活动，都存在大量未被挖掘利 用、靠经验积累的知识、工艺、技术等，工业互联网将其转 化为更精确的机理模型和数据模型，并通过平台等载体沉淀封 装形成可复用、可
37、移植的微服务组件、工业APP等，结合海量数据计算分析和决策优化，实现机理模型结合数据科学 的智能化，这个过程突破了原有知识边界和封闭知识体系， 带来新的知识。二是工业互联网推动形成商业模式和生产组 织方式的变革甚至重构。工业互联网打通企业生产、销售、 运营、供应、管理等各个业务环节和流程，通过全产业链、 全价值链的资源要素连接，推动了跨领域资源灵活配置与内 外部协同能力提升，并基于此形成了产融结合、平台经济、 制造能力交易等商业模式的创新和生产组织方式的重构，驱 动制造体系和产业生态向扁平化、开放化演进，这是传统自 动化和信息化所无法达到的，也正是工业互联网发展的重要 意义所在。五、功能架构（
38、一）工业互联网核心功能原理工业互联网的核心功能原理是基于数据驱动的物理系 统与数字空间全面互联与深度协同，以及在此过程中的智能 分析与决策优化。通过网络、平台、安全三大功能体系构建， 工业互联网全面打通设备资产、生产系统、管理系统和供应 链条，基于数据整合与分析实现IT与OT的融合和三大体系 的贯通。工业互联网以数据为核心，数据功能体系主要包含 感知控制、数字模型、决策优化三个基本层次，以及一个由 自下而上的信息流和自上而下的决策流构成的工业数字化 应用优化闭环。如图8所示。核心功能平台应用层PaaS 层边缘层可用决策流性描述诊断预测指导决策流数字模型决策优化产业企系业统工业模型数据模型数据流
39、感知控制信息采集指令执行物理资产图8工业互联网功能原理在工业互联网的数据功能实现中，数字孪生已经成为关 键支撑，通过资产的数据采集、集成、分析和优化来满足业 务需求，形成物理世界资产对象与数字空间业务应用的虚实 映射，最终支撑各类业务应用的开发与实现。工业互联网的 详细数据功能原理如图9所示：图9工业互联网的数据功能原理在数据功能原理中，感知控制层构建工业数字化应用的 底层“输入-输出”接口，包含感知、识别和控制、执行四类功 能。感知是利用各类软硬件方法采集蕴含了资产属性、状态 及行为等特征的数据，例如用温度传感器采集电机运行中的 温度变化数据。识别是在数据与资产之间建立对应关系，明 确数据所
40、代表的对象，例如需要明确定义哪一个传感器所采 集的数据代表了特定电机的温度信息。控制是将预期目标转 化为具体控制信号和指令，例如将工业机器人末端运动转化 各个关节处电机的转动角度指令信号。执行则是按照控制信 号和指令来改变物理世界中的资产状态，既包括工业设备机 械、电气状态的改变，也包括人员、供应链等操作流程和组 织形式的改变。数字模型层强化数据、知识、资产等的虚拟映射与管理 组织，提供支撑工业数字化应用的基础资源与关键工具，包 含数据集成与管理、数据模型和工业模型构建、信息交互三 类功能。数据集成与管理将原来分散、杂乱的海量多源异构 数据整合成统一、有序的新数据源，为后续分析优化提供高 质量
41、数据资源，涉及到数据库、数据湖、数据清洗、元数据 等技术产品应用。数据模型和工业模型构建是综合利用大数 据、人工智能等数据方法和物理、化学、材料等各类工业经 验知识，对资产行为特征和因果关系进行抽象化描述，形成 各类模型库和算法库。信息交互是通过不同资产之间数据的 互联互通和模型的交互协同，构建出覆盖范围更广、智能化 程度更高的“系统之系统”。决策优化层聚焦数据挖掘分析与价值转化，形成工业数 字化应用核心功能，主要包括分析、描述、诊断、预测、指 导及应用开发。分析功能借助各类模型和算法的支持将数据 背后隐藏的规律显性化，为诊断、预测和优化功能的实现提 供支撑，常用的数据分析方法包括统计数学、大
42、数据、人工 智能等。描述功能通过数据分析和对比形成对当前现状、存在问题等状态的基本展示，例如在数据异常的情况下向现场工作人员传递信息，帮助工作人员迅速了解问题类型和内容。诊断功能主要是基于数据的分析对资产当前状态进行评估， 及时发现问题并提供解决建议，例如能够在数控机床发生故障 的第一时间就进行报警，并提示运维人员进行维修。预测 功 能是在数据分析的基础上预测资产未来的状态，在问题还未 发生的时候就提前介入，例如预测风机核心零部件寿命， 避免因为零部件老化导致的停机故障。指导功能则是利用数 据分析来发现并帮助改进资产运行中存在的不合理、低效率问 题，例如分析高功耗设备运行数据，合理设置启停时间
43、， 降低能源消耗。同时，应用开发功能将基于数据分析的决策 优化能力和企业业务需求进行结合，支撑构建工业软件、工业 APP等形式的各类智能化应用服务。自下而上的信息流和自上而下的决策流形成了工业数 字化应用的优化闭环。其中，信息流是从数据感知出发，通 过数据的集成和建模分析，将物理空间中的资产信息和状态 向上传递到虚拟空间，为决策优化提供依据。决策流则是将 虚拟空间中决策优化后所形成的指令信息向下反馈到控制与 执行环节，用于改进和提升物理空间中资产的功能和性能。优 化闭环就是在信息流与决策流的双向作用下，连接底层资产 与上层业务，以数据分析决策为核心，形成面向不同工业 场景的智能化生产、网络化协
44、同、个性化定制和服务化延伸 等智能应用解决方案。工业互联网功能体系是以ISA-95为代表的传统制造系 统功能体系的升级和变革，其更加关注数据与模型在业务功 能实现的分层演进。一方面，工业互联网强调以数据为主线 简化制造层次结构，对功能层级进行了重新划分，垂直化的 制造层级在数据作用下逐步走向扁平化，并以数据闭环贯穿 始终；另一方面，工业互联网强调数字模型在制造体系中的 作用，相比传统制造体系，通过工业模型、数据模型与数据 管理、服务管理的融合作用，对下支撑更广泛的感知控制， 对上支撑更灵活深度的决策优化。（二）工业互联网网络功能视图1. 功能视图网络体系由网络互联、数据互通和标识解析三部分组成
45、。网络互联实现要素之间的数据传输，数据互通实现要素之间 传输信息的相互理解，标识解析实现要素的标记、管理和定 位。(OPC UA. MQTT, DDS.HTTP信息模型(OK-UA. MTConnctt YAN43,，.语义巨操作(PLCopwn, AutoML, FDT, FtM,，.)端到端散据传睹标识瞄标识数据处理 建模标识注册标识*标签管理图10工业互联网功能视图网络体系框架数据互通标识解析工业实时魂口、连陪变全、采集有线援入（TSN.工业以太胃.国疵残.无域接入(SG/4. WiFi/Wi 部.W1A.网络控制鼬转发物理资产（1）网络互联网络互联，即通过有线、无线方式，将工业互联网体
46、系 相关的人机物料法环以及企业上下游、智能产品、用户等全 要素连接，支撑业务发展的多要求数据转发，实现端到端数 据传输。网络互联根据协议层次有底向上可以分为多方式接 入、网络层转发和传输层传送。多方式接入包括有线接入和 无线接入，通过现场总线、工业以太网、工业PON、TSN等 有线方式，以及 5G/4G、WiFi/WiFi6、WIA、WirelessHART、 ISA100.11a等无线方式，将工厂内的各种要素接入工厂内网， 包括人员（如生产人员、设计人员、外部人员）、机器（如 装备、办公设备）、材料（如原材料、在制品、制成品）、 环境（如仪表、监测设备）等；将工厂外的各要素接入工厂 外网，包
47、括用户、协作企业、智能产品、智能工厂以及公共 基础支撑的工业互联网平台、安全系统、标识系统等。网络层转发实现工业非实时数据转发、工业实时数据转 发、网络控制、网络管理等功能。工业非实时数据转发功能 主要完成无时延同步要求的采集信息数据和管理数据的传 输。工业实时数据转发功能主要传输生产控制过程中有实时 性要求的控制信息和需要实时处理的采集信息。网络控制主 要完成路由表/流表生成、路径选择、路由协议互通、ACL配 置、QoS配置等功能。网络管理功能包括层次化的QoS、拓 扑管理、接入管理、资源管理等功能。传输层的端到端数据传输功能实现基于TCP、UDP等实现 设备到系统的数据传输。管理功能实现传输层的端口管理、端 到端连接管理、安全管理等。（2）数据互通数据互通，实现数据和信息在各要素间、各系统间的无 缝传递，使得异构系统在数据层面能相互“理解”，从而实 现数据互操作与信息集成。数据互通使得异构系统在数据层 面能相互“理解”，从而实现数据互操作与信息集成。数据 互通包括应用层通信、信息模型和语义互操作等功能。应用 层通信通过OPC UA、MQTT、HTTP等协议，实现数据信息 传输安全通道的建立、维持、关闭，以及对支持工业数据资